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由于全球氣候變化，不可逆轉的損害會在未來十年內迅速發生，因此能源基礎設施的快速轉型至關重要。普遍認為，一種實用的脫碳策略是將8小時的鋰離子電池（LIB）電能存儲與風能/太陽能發電相結合，并使用現有的化石燃料設施作為備用。要達到百太瓦時級別的LIB儲能，關鍵挑戰在于安全和回收。

圖1. 使用8小時LIB存儲的可持續能源生產示意圖

在此，美國麻省理工學院李巨教授等人給出了關于電網規模LIB儲能主要挑戰的前瞻性觀點，并簡要概述了電池安全和回收兩個方向的持續創新。首先，作者概述了低碳能源轉型的過程中替代傳統化石能源的最佳解決方案，即≈8小時的LIB存儲穩定的風能/太陽能+帶有熱存儲的核能，而傳統的化石燃料系統作為備用電源。

“8小時的能量”是一個口語術語，用于顯示與一次能源使用對比的規模，但如果僅通過電能使用進行標準化，則更像是60小時或2.5天的電能存儲。循環壽命、采礦/制造或資本成本本身不會成為LIB儲能系統在未來十年應對氣候挑戰的阻礙因素，而消防安全和回收問題很可能是主要挑戰。幸運的是，最近這兩個方面引起了越來越多的關注，并取得了重大的創新和進步。

圖2. 不同級別的LIB存儲和考慮消防安全的關鍵組件示意圖

首先，在技術上對安全方面的發熱和熱失控起源有了更深入的了解，在材料和工程層面上開發了更好的設計，包括可靠的高壓正極、具有穩定SEI的負極、耐燃性液態電解質、循環性能好的固態電解質及更好的外在安全裝置和電池管理系統。回收利用方面，正在尋求更經濟和環保的冶金工藝（深度回收）及創新的直接回收（淺層回收）方法。二者的優化組合可進一步提升回收的經濟和環境績效，形成可再生能源產業中鈷、鎳、鋰等有價值元素的閉環，從而大大減輕資源和采礦負擔。

此外，法規和管理必須與技術進步同步完善。需要制定最新的現場特定安裝/安全指南和應急響應措施，認真對待報廢火災風險并制定、執行廢棄物管理政策。通過技術和管理方面的改進，未來將有望實現可靠的<90美元/kWh電池組，可穩定循環高達20000次甚至更多，從而實現安全可持續的電網規模存儲。

圖3. LIB閉環回收示意圖及產生利潤

Key Challenges for Grid-Scale Lithium-Ion Battery Energy Storage, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202197

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MIT李巨教授AEM觀點：電網規模鋰離子電池儲能的主要挑戰

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